获得带有底衬垫的CCM的方法技术

一种用于将底衬垫施加在ＣＣＭ组件的平面上的连续方法，其包括以下步骤：ａ）制备由复合材料（２０）形成的卷片（Ａ），该复合材料由一个中心层（１）组成，其由其中在两个表面的每一个上施加有以规则间隔纵向分布的电催化层（２）的离聚物膜片所形成，所述的层在其两个表面的每一个上，彼此相对于膜平面为对称位置；ｂ）制备两个底衬垫卷片（Ｂ），其中在底衬垫片（２１）上相应于卷片（Ａ）的电催化层（２）的位置而制得开口（３）；（底衬垫开口面积（３））／（电催化层面积（２））的百分比为９０％－９９％；ｃ）通过借助于两个用于层压的辊筒（８）在两个卷片（Ｂ）之间送入卷片（Ａ）而进行两个卷片（Ｂ）与卷片（Ａ）的热层压；该步骤这样进行：使得两个卷片（Ｂ）的开口（３）的周边落入电催化层（２）的范围，并且获得其中在由ＣＣＭ序列（卷片（Ａ））形成的片材的两个表面的每一个上由施加有底衬垫片（５）（卷片（Ｂ））的卷片（Ｃ）。

【技术实现步骤摘要】
获得带有底衬垫的CCM的方法本工业专利技术的描述以这样的名义：SOLVAY SOLEXIS S.p.A，Italian nationality，总公司在米兰，via Turati 12。
本专利技术涉及一种用于获得将在电化学电池中使用的在每一侧装有底衬垫(subgasket)的CCM(催化剂涂覆的膜)复合材料的方法。本专利技术的复合材料包含由(全)氟化离聚物形成的膜。
技术介绍
由带有催化剂涂覆的表面的膜形成的复合材料是本领域公知的。所述的复合材料通常被公知名为催化剂涂覆的膜或CCM。这两个CCM电催化层分别形成了电化学电池的正极和负极。电催化层是指包含具有用作反应催化剂的性能的金属的层，该反应在其中有电极的电池半元件中进行。为了用于电化学器件特别是燃料电池，将带有电催化层的膜与用于气体扩散的层通过将至少一个所述层放置在每一CCM侧面上而组合。所述的扩散层与双极板接触，该双极板将单个电池分开，由此形成电组。所获得的组件也被称作燃料电池堆。在电化学反应中涉及的CCM表面部分被称作活性区域。被施加在催化剂涂覆的膜上的上述气体扩散层具有这样的目的：当与双极板接触时保护CCM完整性，并且进一步确保反应物送入和反应水排出。由对在电化学器件中进行的反应成惰性的材料形成的保护膜的使用是本领域公知的。这些保护膜被公知为底衬垫。通常将这些薄膜施加在MEA器件的两侧，目的在于提高其的操作性，使得例如在电化学器件中的组装更容易。另外，底衬垫保护聚合物电解质免于与双极MEA板接触。底衬垫覆盖了器件的非-活性区域并且因此具有对应于有效面积的中心空间(central empty space)。带有底衬垫的CCM在图1中报导，其中(2′)表示底衬垫，(1′)表示活性区域。-->因此，带有底衬垫的CCM通常由以下部分形成：-由离聚物膜形成的内层；-在内层的每一侧上并且对称放置的、由以下部分构成的两个表面层：-通常设置在表面层的中心位置的活性区域；-界定活性区域的底衬垫(2′)(图1)。
技术实现思路
我们感觉到必须能够拥有一种用于获得在两个表面的每一个上具有底衬垫的如上所述的CCM组件的连续方法。本申请人惊奇地并且不可预料地发现了一种解决以上技术问题的连续方法。本专利技术的目的是一种用于获得在每一侧上带有底衬垫的CCM组件的连续方法，其包括以下步骤：a)制备由复合材料(20)形成的卷片(roll)(A)，如图2中所示，该复合材料由中心层(1)所形成，所述中心层由在每一侧上具有以规则间隔纵向对称放置的电催化层(2)的离聚物膜片构成；即所述的电催化层在两个表面的每一个上，彼此相对于膜平面为对称位置；b)制备两个具有图3中示出的几何结构的底衬垫卷片(B)，其中所述底衬垫片(21)在相应于卷片(A)的电催化层(2)的位置具有开口(3)；(底衬垫开口面积(3))/(电催化层面积(2))的百分比为90％-99％；c)通过在两个辊筒(drum)(8)之间在两个卷片(B)之间送入卷片(A)而将两个卷片(B)与卷片(A)热层压，参见图4；以使得两个卷片(B)的开口(3)的周边落入电催化层(2)的范围，由此获得由带有施加的底衬垫的CCM序列形成的卷片(C)(参见图5)。在作为本专利技术方法的示意性透视图的图4中，(7)表示未被底衬垫覆盖的电催化层，(6)是被底衬垫(5)覆盖的电催化层。一般而言，两个底衬垫卷片(B)具有与卷片(A)相同的宽度。-->在表示带有两个底衬垫的CCM的平面图的图5中，(5)表示底衬垫片，(7)和(6)具有图4中所示的含义。从卷片(C)上将带有底衬垫的CCM切掉，并且可以将其用于电化学器件。附图说明图1是带有底衬垫的CCM的示意图；图2是步骤a)所述的卷片(A)的示意图；图3是步骤b)所述的底衬垫卷片(B)的示意图；图4是本专利技术方法的示意性透视图；图5是表示带有两个底衬垫的CCM的平面图；图6A和6B阐述了可以得到的CCM的例子。具体实施方式在步骤a)中，可以例如通过借助于如USP6,933,033中描述的连续贴花(decal)方法将膜片与电催化层粘结而制备卷片(A)。如例如在专利申请US2005/0163920中描述的那样，另一种方法是通过直接将电催化层浇铸(casting)在膜上或者通过将催化剂喷射在膜上。可通过使用带有-SO3H或中性形式的磺酸基团、当量为380-1,600g/eq，优选500-1,200g/eq，仍然更优选750-950g/eq的(全)氟化离聚物获得所述MEA器件的膜和电催化层。优选的离聚物包含以下单元：(A)衍生自一种或多种含有至少一个烯属不饱和度的氟化单体的单体单元；(B)含有使得离聚物具有以上范围的当量的数量的-SO2F磺酰基的氟化单体单元。作为选择，可以将由单体单元(B)形成的均聚物用作离聚物。含有酸性形式-SO3H的磺酸基团的离聚物可以通过-SO2F基团的水解和任地由-SO3H基团的成盐而获得。氟化单体(A)选自以下物质：-偏氟乙烯(VDF)；-->-C2-C8全氟烯烃，优选四氟乙烯(TFE)；-C2-C8氯-和/或溴-和/或碘-氟烯烃例如氯三氟乙烯(CTFE)和溴三氟乙烯；-CF2＝CFORf1(全)氟烷基乙烯基醚(PAVE)，其中Rf1是C1-C6(全)氟烷基例如三氟甲基、溴二氟甲基、五氟丙基；-CF2＝CFOX全氟-氧烷基乙烯基醚，其中X是包含一个或多个醚基的C1-C12全氟氧烷基，例如全氟-2-丙氧基丙基；-通式CFXAI＝CXAIOCF2ORAI(A-I)的氟乙烯基醚(MOVE)，其中RAI是线型、支化的C1-C6(全)氟烷基，或者当可能的C1-C6(全)氟氧烷基含有1-3个氧原子时为C5-C6环状或线型或者支化的氟氧烷基；当RAI是如上的氟烷基或氟氧烷基时，其可以含有1-2个相同或不同的选自以下物质的原子：H、Cl、Br、I；XAI＝F、H，优选F；优选的氟乙烯基醚是：(MOVE1)CF2＝CFOCF2OCF2CF3、(MOVE2)CF2＝CFOCF2OC2CF2OCF3、(MOVE3)CF2＝CFOCF2OCF3。氟化单体(B)选自以下物质的一种或多种：-F2C＝CF-O-CF2-CF2-SO2F；-F2C＝CF-O-[CF2-CXAF-O]nA-(CF2)nB-SO2F其中XA＝Cl、F或CF3；nA＝1-10，nB＝2、3；-F2C＝CF-O-(CF2)nC-SO2F；nC＝3-10；-F2C＝CF-Ar-SO2F，其中Ar是芳环，该环可以在没有1-10个碳原子的任选地含有杂原子的脂族链的位置上被取代。可以代替用于制备离聚物的(B)或者除了(B)之外使用的其他单体(B′)是具有如同所报导的磺酸离聚物类的当量的那些单体。单体(B′)含有可通过水解成-COOH酸基团、任选地为它们随后的成盐而转化的前体基团。可以任选地将这些单体以与含有-SO2F基团的那些的混合物使用。用于制备含有-COOH酸基的离聚物的氟化单体(B′)具有以下结构：-F2C＝CF-O-CF2-CF2-Y；-F2C＝CF-O-[CF2-CXAF-O]nA-(CF2)nB-Y其中XA＝Cl、F或CF3；nA＝1-10，nB＝2、3；-F2C＝CF-O-(CF2)nC-Y；nC＝3-10；-->-F2C＝CF-Ar本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于获得在ＣＣＭ的两侧带有底衬垫的ＣＣＭ组件的连续方法，其包括以下步骤：　　　　ａ）制备由复合材料（２０）形成的卷片（Ａ），该复合材料由中心层（１）所形成，该中心层由在每一侧上具有以规则间隔纵向对称放置的电催化层（２）的离聚物膜片构成，参见图２；　　　　ｂ）制备两个具有图３中示出的几何结构的底衬垫卷片（Ｂ），其中所述底衬垫片（２１）在相应于卷片（Ａ）的电催化层（２）的位置具有开口（３）；底衬垫开口面积（３）／电催化层面积（２）的百分比为９０％－９９％；　　　　ｃ）通过在两个辊筒（８）之间在两个卷片（Ｂ）之间送入卷片（Ａ）而将两个卷片（Ｂ）与卷片（Ａ）热层压，参见图４；以使得两个卷片（Ｂ）的开口（３）的周边落入电催化层（２）的范围，由此获得由带有施加的底衬垫的ＣＣＭ序列形成的卷片（Ｃ）（参见图５）。

【技术特征摘要】
IT 2005-12-28 MI2005A0025081.一种用于获得在CCM的两侧带有底衬垫的CCM组件的连续方法，其包括以下步骤：a)制备由复合材料(20)形成的卷片(A)，该复合材料由中心层(1)所形成，该中心层由在每一侧上具有以规则间隔纵向对称放置的电催化层(2)的离聚物膜片构成，参见图2；b)制备两个具有图3中示出的几何结构的底衬垫卷片(B)，其中所述底衬垫片(21)在相应于卷片(A)的电催化层(2)的位置具有开口(3)；底衬垫开口面积(3)/电催化层面积(2)的百分比为90％-99％；c)通过在两个辊筒(8)之间在两个卷片(B)之间送入卷片(A)而将两个卷片(B)与卷片(A)热层压，参见图4；以使得两个卷片(B)的开口(3)的周边落入电催化层(2)的范围，由此获得由带有施加的底衬垫的CCM序列形成的卷片(C)(参见图5)。2.根据权利要求1的方法，其中两个底衬垫卷片(B)具有与卷片(A)相同的宽度。3.根据权利要求1-2的方法，其中通过使用氢化和/或氟化的热塑性聚合物片材制备底衬垫卷片(B)。4.根据权利要求1-3的方法，其中通过采用以下方法的其中一种将底衬垫卷片(B)施加在CCM卷片(A)上：a′)借助于通过使用热熔粘合剂将底衬垫卷片(B)粘合在与卷片(A)接触的侧面上，b′)借助于通过压敏粘合剂将底衬垫卷片(B)粘合在与卷片(A)接触的侧面上，c′)通过在软化点为100℃-150℃的热塑性聚合物中使用底衬垫卷片(B)。5.根据权利要求4的方法，其中采用方法a′)。6.根据权利要求5的方法，其中热熔粘合剂是EVA(乙烯-乙酸乙烯酯)。7.根据权利要求1-6的方法，其中在步骤c)中在以下条-->件下进行热层压：-卷片前进速率：0.1-5m/min；-将被层压的片材上的压力：5-40Kg/cm2；-高于100℃并且不高于150℃，优选不高于120℃的温度。8.根据权利要求1-7的方法，其中当底衬垫卷片(B)由PET形成并且用EVA粘合时，采用110℃-130℃的层压温度。9.根据权利要求1-8的方法，其中通过使用带有酸性形式-SO3H或中性形式的磺酸基团、当量为380-1,600g/eq，优选500-1,200g/eq，仍然更优选750-950g/eq的(全)氟化离聚物获得卷片(A)的膜和电催化层。10.根据权利要求9的方法，其中所述离聚物包含以下单元：(A)衍生自一种或多种含有至少一个烯属不饱和度的氟化单体的单体单元；(B)含有使得离聚物具有以上范围的当量的数量的磺酰基-SO2F的氟化单体单元，-SO2F基团转换成酸性形式-SO3H或者成盐。11.根据权利要求9的方法，其中该离聚物是由单体单元(B)形成的均聚物、含有通过-SO2F基团的水解获得的酸性形式-SO3...

【专利技术属性】
技术研发人员：L默洛，A格希尔米，V阿策拉，
申请(专利权)人：索尔维索莱克西斯公司，
类型：发明
国别省市：IT[意大利]